當(dāng)你聽(tīng)說(shuō)影響氣候和環(huán)境的生物過(guò)程，如碳固定或氮循環(huán)，很容易將它們視為抽象和難以理解的大規(guī)?，F(xiàn)象。然而，這些全行星過(guò)程的一部分實(shí)際上是由生物在各種生活規(guī)模上的有形行為驅(qū)動(dòng)的，從最小的開(kāi)始：生活在空氣，土壤和水中的微生物。

因此，如果你想了解一個(gè)生態(tài)系統(tǒng) - 無(wú)論是熱帶森林，農(nóng)業(yè)區(qū)還是分水嶺 - 如何面對(duì)自然和人為引起的變化，你需要了解該社區(qū)中的微生物是什么至。但是，如果你甚至在沒(méi)有顯微鏡的情況下甚至看不到它們，你如何研究不同群體生物所扮演的角色?

最好的方法是查看他們的基因，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的DNA分析技術(shù)，揭示了微生物群落非常有趣且以前難以研究的方面。基因組。

如mBio期刊所述，由Aindrila Mukhopadhyay領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)優(yōu)化了現(xiàn)有的分離質(zhì)粒的方法 - 小型DNA包可以使細(xì)菌等微生物迅速獲得并共享基因。通常，這些與染色體分開(kāi)的DNA分子編碼能夠在某些情況下賦予生存優(yōu)勢(shì)的功能。

“當(dāng)你想了解一個(gè)微生物群落時(shí)，專注于他們的質(zhì)粒可以讓你了解社區(qū)想要保持移動(dòng)的一系列功能，也許是因?yàn)樗麄冃枰ㄆ冢?rdquo;伯克利高級(jí)科學(xué)家Mukhopadhyay說(shuō)。實(shí)驗(yàn)室的生物系統(tǒng)和工程部門(mén)。而且由于微生物群落收集的基于質(zhì)粒的基因(稱為質(zhì)粒組)對(duì)進(jìn)化壓力的響應(yīng)變化比染色體基因快得多，因此觀察這一組合的遺傳信息庫(kù)有助于科學(xué)家在此時(shí)刻構(gòu)建生動(dòng)的環(huán)境圖景。時(shí)間。

“研究質(zhì)粒就像在看某人的背包，看看他們?cè)谑褂米约翰⒖赡芘c其他人分享時(shí)保持方便，”Mukhopadhyay詳細(xì)闡述道。“說(shuō)你看看里面找到一把雨傘。當(dāng)時(shí)可能沒(méi)有下雨，但雨傘表明它會(huì)不時(shí)下雨。”

然而，現(xiàn)有的DNA測(cè)序和分析技術(shù)使得很難將質(zhì)粒組與微生物組樣品中存在的龐大的染色體遺傳密碼文庫(kù)分開(kāi)。為了使這項(xiàng)工作更容易，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種方法來(lái)檢測(cè)不同密度的細(xì)菌群落中不同大小的質(zhì)粒，特別是地下水等極低密度環(huán)境。

經(jīng)過(guò)精煉他們的方法后，科學(xué)家將其應(yīng)用于橡樹(shù)嶺野外研究中心(ORFRC)不同井的地下水樣本，該中心受到重金屬污染。與ENIGMA合作的科學(xué)家- 一個(gè)致力于推進(jìn)我們對(duì)復(fù)雜微生物群落的基本理解的多機(jī)構(gòu)研究聯(lián)盟 - 使用獨(dú)特的ORFRC網(wǎng)站進(jìn)行了許多研究。

研究人員很有興趣發(fā)現(xiàn)這些樣品含有數(shù)百種質(zhì)粒，其中一些是質(zhì)粒體研究中報(bào)道的最大質(zhì)粒。此外，他們發(fā)現(xiàn)雖然細(xì)菌的類型和豐度在地下水樣本中波動(dòng)很大，但質(zhì)粒通常相似。有趣的是，在樣本中以最高頻率發(fā)現(xiàn)的質(zhì)粒編碼了抗汞基因，但研究的地下水中沒(méi)有可檢測(cè)到的汞污染。這些基因的存在反映了該遺址的歷史，并表明如果再次遇到汞，其微觀居民就會(huì)準(zhǔn)備好。

展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)希望其他科學(xué)家能夠使用他們的方法，其中的細(xì)節(jié)在論文中公開(kāi)分享，以便對(duì)地球上各種有趣且有影響的微生物組(包括我們體內(nèi)的微生物組)產(chǎn)生新的見(jiàn)解。

“隨著我們研究越來(lái)越多的微生物組，我們獲得了關(guān)鍵知識(shí)，最終可以用于操縱社區(qū)以獲得某些好處，例如環(huán)境清理，污水處理或改善我們的健康。其他聯(lián)邦政府資助的項(xiàng)目正在努力實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)他們的工作很有價(jià)值，“Mukhopadhyay說(shuō)。“目前，大多數(shù)這些生物與實(shí)驗(yàn)生物非常不同，其功能和遺傳學(xué)都有很好的記錄，對(duì)新物種進(jìn)行遺傳處理是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。”

“但這些移動(dòng)遺傳包提供了一種自然地操縱這些生物的方法，”生物系統(tǒng)和工程部項(xiàng)目科學(xué)家Ankita Kothari補(bǔ)充道，該論文的主要作者。“因此，如果你想在分子水平上檢查一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，而你需要遺傳工具來(lái)做到這一點(diǎn)，答案可能已經(jīng)在質(zhì)粒組中了。”